Un semiconductor es un elemento que se comporta o bien como un conductor o bien como un aislante dependiendo de diversos factores, por ejemplo: el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre.[1] Los elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican en la tabla adjunta.
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| Elemento | Grupo | Electrones de la última capa |
|---|---|---|
| Cd | 12 | 2 |
| Al, Ga, B, In | 13 | 3 |
| Si, C, Ge | 14 | 4 |
| P, As, Sb | 15 | 5 |
| Se, Te, (S) | 16 | 6 |
El elemento semiconductor más usado es el silicio,[2] seguido del germanio, aunque presentan un idéntico comportamiento las combinaciones de elementos de los grupos 12 y 13 con los de los grupos 16 y 15 respectivamente (galio-arsénico, fósforo-indio, arsénico-galio-aluminio, telurio-cadmio, selenio-cadmio y azufre-cadmio). Posteriormente se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica s2p2.
Los dispositivos semiconductores pueden presentar una serie de propiedades útiles, como pasar la corriente más fácilmente en una dirección que en otra, mostrar una resistencia variable y ser sensibles a la luz o al calor. Dado que las propiedades eléctricas de un material semiconductor pueden modificarse mediante el dopaje o la aplicación de campos eléctricos o luz, los dispositivos fabricados con semiconductores pueden utilizarse para la amplificación, la conmutación y la conversión de energía.
La conductividad del silicio se aumenta añadiendo una pequeña cantidad (del orden de 1 a 108) de átomos pentavalentes (antimonio, fósforo o arsénico) o trivalentes (boro, galio, indio). Este proceso se conoce como dopaje y los semiconductores resultantes se conocen como semiconductores dopados o extrínsecos. Aparte del dopaje, la conductividad de un semiconductor puede mejorarse aumentando su temperatura. Esto es contrario al comportamiento de un metal en el que la conductividad disminuye con el aumento de la temperatura.
La comprensión moderna de las propiedades de un semiconductor se basa en la física cuántica para explicar el movimiento de los portadores de carga en una red cristalina.[3] El dopaje aumenta en gran medida el número de portadores de carga dentro del cristal. Cuando un semiconductor dopado contiene huecos libres se denomina tipo p, y cuando contiene electrones libres se conoce como tipo n. Los materiales semiconductores utilizados en los dispositivos electrónicos se dopan en condiciones precisas para controlar la concentración y las regiones de los dopantes de tipo p y n. Un solo cristal de dispositivo semiconductor puede tener muchas regiones de tipo p y n; las uniones p-n entre estas regiones son las responsables del comportamiento electrónico útil. Utilizando una sonda de punto caliente, se puede determinar rápidamente si una muestra de semiconductor es de tipo p o n.[4]
Algunas de las propiedades de los materiales semiconductores se observaron a mediados del siglo XIX y en las primeras décadas del siglo XX. La primera aplicación práctica de los semiconductores en electrónica fue el desarrollo en 1904 del detector de bigotes de gato, un primitivo diodo semiconductor utilizado en los primeros receptores de radio. Los avances de la física cuántica condujeron a su vez a la invención del transistor en 1947,[5] el circuito integrado en 1958 y el MOSFET (transistor de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor) en 1959.
- ↑ Servicio, Staff Editorial de Electrónica y (4 de diciembre de 2014). Electrónica y Servicios: Equipos de tecnología básica en audio y video. México Digital Comunicación S.A. de C.V. Consultado el 10 de febrero de 2018.
- ↑ Gil, José Moreno; Minassian, Máximo Romero (2009-11). Reglamento de eficiencia energética en instalaciones de alumbrado exterior : y sus instrucciones técnicas complementarias EA-01 a EA-07. Editorial Paraninfo. ISBN 9788428332019. Consultado el 10 de febrero de 2018.
- ↑ Feynman, Richard (1963). Feynman Lectures on Physics. Basic Books.
- ↑ «2.4.7.9 The "hot-probe" experiment». ecee.colorado.edu. Archivado desde el original el 6 de marzo de 2021. Consultado el 27 de noviembre de 2020.
- ↑ Shockley, William (1950). Electrons and holes in semiconductors : with applications to transistor electronics. R. E. Krieger Pub. Co. ISBN 978-0-88275-382-9.